L'évolution des tests par ultrasons (UT) de l'UT conventionnel à la méthode de focalisation totale

Source de l'image : Getty Images

Les tests par ultrasons sont l'une des nombreuses techniques non destructives utilisées pour l'inspection des composants. Il est utilisé dans de nombreuses industries, notamment la construction en acier et en aluminium, la métallurgie, la fabrication, l'aérospatiale, l'automobile et d'autres secteurs des transports. La technique offre de nombreux avantages, notamment la facilité d’utilisation, la vitesse, la pénétration, la précision et la sensibilité. Au fil des années, la technologie s’est améliorée de façon spectaculaire et continue, offrant désormais une puissance d’imagerie avancée avec une haute résolution.

Le test par ultrasons, ou UT, est réalisé en envoyant une impulsion électrique à un transducteur constitué d'un ou plusieurs cristaux piézoélectriques. Le ou les cristaux convertissent l'énergie électrique en vibrations mécaniques envoyées dans le composant via un milieu de couplage. L'onde acoustique interagit avec toutes les discontinuités à l'intérieur du composant (défauts, géométrie, etc.) et retourne vers le transducteur où les vibrations sont reconverties en signal électrique. Les données peuvent ensuite être affichées dans un certain nombre de vues différentes telles que A-scan, B-scan, C-scan ou T-scan, chacune offrant une manière différente d'examiner les données d'inspection.

Lorsque les tests par ultrasons ont commencé, les instruments à ultrasons reposaient entièrement sur des transducteurs à élément unique pour lesquels un cristal piézoélectrique génère et reçoit des ultrasons. La technique a été étendue aux transducteurs à deux éléments dotés de deux cristaux, l’un émetteur et l’autre récepteur.

Selon le type d'inspections, les mesures sont généralement effectuées sous une incidence normale (jauge d'épaisseur, cartographie de corrosion) ou à l'aide d'un faisceau d'angle (inspection des soudures). Les inspections à incidence normale peuvent être effectuées avec le transducteur directement en contact avec l'éprouvette ou en utilisant une ligne à retard (immersion ou cale L0) pour aider à protéger la face avant du transducteur ; ceci est particulièrement utile lors du balayage du transducteur le long de la surface du composant. Les inspections à faisceau angulaire sont réalisées en modifiant l'angle d'incidence du transducteur soit en immersion, soit à l'aide d'une cale. Les opérateurs peuvent choisir l'angle de propagation à l'intérieur du matériau à l'aide de la loi de Snell, qui décrit la relation entre les angles incident et réfracté en fonction de la vitesse des ultrasons (ondes longitudinales ou de cisaillement) à l'intérieur du composant et du coin.

Etant donné qu'un seul (ou deux) cristaux piézoélectriques est utilisé, la sensibilité et la résolution de l'inspection dépendent grandement du choix des caractéristiques du transducteur. La sensibilité est la capacité à détecter de petites indications tandis que la résolution (axiale et latérale) est la capacité à discerner deux indications distinctes proches l'une de l'autre. Les deux dépendent de la forme du faisceau, principalement de sa taille, par rapport à la taille des indications et des caractéristiques du signal électrique envoyé à l'élément piézoélectrique.

La résolution axiale peut être améliorée en augmentant la fréquence centrale (longueur d'onde plus petite) et en amortissant le transducteur. Cependant, des fréquences plus élevées sont généralement associées à une atténuation plus élevée à l’intérieur du coin et de l’éprouvette, et un amortissement excessif entraîne des pertes d’amplitude, conduisant toutes deux à une sensibilité plus faible.

La résolution latérale est élevée lorsque la largeur du faisceau est étroite. Typiquement, la largeur du faisceau est égale à la largeur du transducteur proche du transducteur. Ensuite, le faisceau converge vers sa largeur la plus étroite à une distance appelée limite du champ proche. Enfin, le faisceau diverge dans une zone appelée champ lointain. La distance en champ proche et la propagation du faisceau dans le champ lointain dépendent des dimensions et de la fréquence centrale du transducteur. La résolution latérale peut être améliorée en utilisant des transducteurs focalisés, c'est-à-dire des transducteurs dotés d'un cristal piézoélectrique de forme sphérique ou cylindrique. Tandis que la résolution latérale est améliorée, la profondeur de champ diminue.

Le plus souvent, les opérateurs doivent faire un compromis entre sensibilité et résolution et choisir les transducteurs en fonction de la détectabilité attendue et de la capacité de dimensionnement exigée par les normes.